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太陽(yáng)能電池的電流一電壓特性

★★★★★【文章導(dǎo)讀】:太陽(yáng)能電池的電流一電壓特性具體內(nèi)容是:太陽(yáng)能電池的電路及等效電路如下圖所示。其中,r1為電池的外負(fù)載電阻。當(dāng)rl=o時(shí),所測(cè)的電流為電池的短路電流。所謂短路電流isc,就是將太陽(yáng)能電池置于標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下,在輸出端短路時(shí),流過(guò)太陽(yáng)能電池兩端的電流。…

來(lái)源: 日期:2013-12-24 21:09:20 人氣:標(biāo)簽:

太陽(yáng)能電池的電流一電壓特性

  太陽(yáng)能電池的電路及等效電路如下圖所示。其中,r1為電池的外負(fù)載電阻。當(dāng)rl=o時(shí),所測(cè)的電流為電池的短路電流。所謂短路電流isc,就是將太陽(yáng)能電池置于標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下,在輸出端短路時(shí),流過(guò)太陽(yáng)能電池兩端的電流。測(cè)量短路電流的方法,是用內(nèi)阻小于1q的電流表接在太陽(yáng)能電池的兩端。isc值與太陽(yáng)能電池的面積大小有關(guān),面積越大,isc值越大。一般來(lái)說(shuō),l平方厘米硅太陽(yáng)能電池的isc值約16~30ma。同一塊太陽(yáng)能電池,其isc與入射光的輻照度成正比;當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí),isc值略有上升,一般溫度每升高l℃,isc值約上升78μa。當(dāng)rl→∞時(shí),所測(cè)得的電壓為電池的開(kāi)路電壓。所謂開(kāi)路電壓uoc,就是將太陽(yáng)能電池置于100mw/平方厘米的光源照射下,在兩端開(kāi)路時(shí),太陽(yáng)能電池的輸出電壓值。可用高內(nèi)阻的直流毫伏計(jì)測(cè)量電池的開(kāi)路電壓。太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓,與光譜輻照度有關(guān),與電池面積的大小無(wú)關(guān)。在100mw/平方厘米的光譜輻照度下,硅太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓為450~600mv, 高可達(dá)690mv。當(dāng)入射光譜輻照度變化時(shí),太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓與入射光譜輻照度的對(duì)數(shù)成正比。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí),太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓值將下降,一般溫度每上升1℃,uoc值約下降2~3mv。id(=極管電流)為通過(guò)p-n結(jié)的總擴(kuò)散電流,其方向與isc相反。rs為串聯(lián)電阻,它主要由電池的體電阻、表面電阻、電極導(dǎo)體電阻和電極與硅表面間接觸電阻所組成。rsh為旁漏電阻,它是由硅片的邊緣不清潔或體內(nèi)的缺陷引起的。一個(gè)理想的太陽(yáng)能電池,串聯(lián)電阻r。很小,而并聯(lián)電阻rsh很大。由于r。和rsh是分別串聯(lián)和并聯(lián)在電路中的,所以在進(jìn)行理想的電路計(jì)算時(shí),它們可以忽略不計(jì)。此時(shí),流過(guò)負(fù)載的電流il為:

  理想的p-n結(jié)特性曲線方程為:

  式中
  
  id——太陽(yáng)能電池在無(wú)光照時(shí)的飽和電流,
  
  a;q——電子電荷,
  
  c;k——玻爾茲曼常數(shù);
  
  t——熱力學(xué)溫度;
  
  a——常數(shù)因子(正偏電壓大時(shí)a值為1,正偏電壓小時(shí)a值為2);
  
  e——自然對(duì)數(shù)的底。
  
  當(dāng)il=0時(shí),電壓u即為uoc,可用下式表示:

太陽(yáng)能電池的電路及等效電路

  根據(jù)以上兩式作圖,可得到太陽(yáng)能電池的電流一電壓關(guān)系曲線,如下圖所示。這個(gè)曲線,可簡(jiǎn)稱為i-u曲線,或伏一安曲線。
  
  下圖中,曲線l,是二極管的暗伏一安關(guān)系曲線,即無(wú)光照時(shí)太陽(yáng)能電池的i-u曲線;曲線2,是電池接受光照后的i-u曲線,它可由無(wú)光照時(shí)i-u曲線向第四象限位移isc量得到。經(jīng)過(guò)坐標(biāo)交換, 后可得到常用的光照太陽(yáng)能電池的電流一電壓特性曲線,如下圖所示。
  
  太陽(yáng)能電池的電流一電壓特性曲線顯示了通過(guò)太陽(yáng)能電池(組件)傳送的電流im與電壓um在特定的太陽(yáng)輻照度下的關(guān)系。
  
  如果太陽(yáng)能電池(組件)電路短路,即u=o,此時(shí)的電流為短路電流isc;如果電路開(kāi)路,即i=o,此時(shí)的電壓為開(kāi)路電壓uoc。太陽(yáng)能電池(組件)的輸出功率等于流經(jīng)該電池(組件)的電流與電壓的乘積,即p=iu。
  
  當(dāng)太陽(yáng)能電池(組件)的電壓上升時(shí),例如,通過(guò)增加負(fù)載的電阻值或電池(組件)的電壓從0(短路條件下)開(kāi)始增加時(shí),電池(組件)的輸出功率亦從0開(kāi)始增加:當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí),功率可達(dá)到 大,這時(shí)當(dāng)阻值繼續(xù)增加時(shí),功率將躍過(guò) 大點(diǎn),并逐漸減少至o,即電壓達(dá)到開(kāi)路電壓uoc。電池(組件)輸出功率達(dá)到 大的點(diǎn),稱為 大功率點(diǎn);該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓,稱為 大功率點(diǎn)電壓um,又稱為 大工作電壓;該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流,稱為 大功率點(diǎn)電流im,又稱為 大工作電流;該點(diǎn)的功率,則稱為 大功率pm。
  
  太陽(yáng)能電池(組件)的輸出功率取決于太陽(yáng)輻照度、太陽(yáng)光譜分布和太陽(yáng)能電池(組件)的工作溫度,因此太陽(yáng)能電池(組件)的測(cè)量須在標(biāo)準(zhǔn)條件(stc)下進(jìn)行,測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)被歐洲委員會(huì)定義為101號(hào)標(biāo)準(zhǔn),其條件是:光譜輻照度,1000w/平方米;光譜,aml.5;電池溫度,25℃。在該條件下,太陽(yáng)能電池(組件)所輸出的 大功率被稱為峰值功率,在以瓦為計(jì)算單位時(shí)稱為峰瓦,用符號(hào)wp表示。


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